[发明专利]基于多伺服通道的路基地基动应力加载系统及控制方法

说明书

本发明涉及模拟系统技术领域，特别涉及基于多伺服通道的路基地基动应力加载系统及方法，包括连接板；连接架，与所述连接板之间铰接有五个动态作动器，其中四个形成4‑RPR并联机构，另外一个设置在4‑RPR并联机构中间；加载部件，安装在所述连接架下方中心；约束板，设置在所述加载部件下方并与其自由接触，与所述连接板之间设有四个静态作动器，所述静态作动器与所述动态作动器通过多伺服通道静动协同控制，以模拟路基地基土体应力主轴旋转效应；本发明提出了基于多伺服通道的路基地基动应力加载系统，该系统可通过动静协同加载实现路基地基内的应力主轴旋转效应，并且可以模拟不同的交通荷载形式。

技术领域

本发明涉及模拟系统技术领域，特别涉及基于多伺服通道的路基地基动应力加载系统及控制方法。

背景技术

交通荷载作用下路基地基结构的动力响应与静态情况大不相同，但现有实际工程中的设计方法仍以静荷载假设下的响应为依据。对于路基地基土体而言，交通荷载移动特征会引起路线纵断面内的应力主轴旋转效应，这种特殊的应力加卸载路径使得土体承受不同于单点循环加载的应力特征，会加剧土体的变形和破坏，引起路基地基的沉降变形，进而对公路路面、机场道面以及铁路轨道等上部结构造成危害。

因而，考虑土体应力主轴旋转，实现对铁路-公路-机场等交通荷载作用下路基地基动力响应的真实复现、精确模拟极为重要。

现有路基地基动力响应的模拟加载系统主要存在以下问题：

(1)应力主轴旋转效应难实现。现有技术中，对应力主轴旋转效应的模拟主要是通过多个竖向激振力的分布式时序加载实现。但上述加载系统仅应用于铁路工程，只能通过在铁轨上进行加载，这便要求完成搭建整个轨道-路基-地基结构，费时费力，且无法直接在路基或地基的任一结构层进行加载。

(2)应用场景单一。现有动力加载设备只能模拟列车荷载，缺乏一种能够同时应用于铁路-公路-机场等交通荷载模拟加载系统。

(3)采用控制精度高、响应快的多缸动静协同加载系统可以模拟路基地基动力响应，然而其参数易变且难以确定导致精确模型建立困难。现有的控制方法虽然解决了PID参数的估算和自适应调整问题，但本质上仍然是一个PID控制器，对于多缸动静协同加载这种非线性复杂系统的控制仍然存在局限性。

发明内容

本发明的目的是提供基于多伺服通道的路基地基动应力加载系统及方法，以解决现有技术中存在的上述问题。为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来解决：

第一方面，本发明提供了基于多伺服通道的路基地基动应力加载系统，包括：

连接板；

连接架，与所述连接板之间铰接有五个动态作动器，其中四个形成4-RPR并联机构，另外一个设置在4-RPR并联机构中间；

加载部件，安装在所述连接架下方中心；

约束板，设置在所述加载部件下方并与其自由接触，与所述连接板之间设有四个静态作动器，所述静态作动器与所述动态作动器通过多伺服通道静动协同控制，以模拟路基地基土体应力主轴旋转效应。

作为进一步的技术方案，所述连接架呈十字状，各所述静态作动器分别穿过所述连接架相邻的十字支杆间空隙。

作为进一步的技术方案，所述4-RPR并联机构的铰接点设置在所述连接架的十字支杆上。

作为进一步的技术方案，所述静态作动器一端与所述连接板固连，另一端与约束板球铰接。

作为进一步的技术方案，所述静态作动器垂直于所述连接板和所述约束板。

作为进一步的技术方案，所述静态作动器和所述动态作动器内部均安装有位移传感器和轴力传感器。